aula 1 redes de computadores

e-Tec Brasil

Aula 1 - Redes de computadores

Objetivos

Compreender os conceitos iniciais de redes de computadores.

Compreender as principais classificações de redes.

Definir e diferenciar as principais topologias de redes.

Começamos uma nova jornada no conhecimento do mundo dos

computadores. Dessa vez vamos estudar como eles se comunicam e trocam

dados de forma eficiente e segura, o que ocorre através das redes. Esta aula

inicial é para fornecer conhecimento básico sobre as redes.

Por que redes de computadores? As empresas estão sempre em busca de

uma melhoria na comunicação com os seus clientes e fornecedores. Agilizar

essa comunicação é um dos principais fatores de sucesso. E a tecnologia de

redes é, certamente, um dos melhores caminhos para que isso aconteça.

Ao utilizar esta tecnologia, uma série de fatores precisa ser levada em conta

para garantir eficiência na comunicação. Podemos citar algumas delas:

custo, taxas de transmissão, facilidade de acesso, padronização, segurança

e portabilidade.

As redes de computadores existem para atender às demandas das Aplicações

Comerciais, das Aplicações Domésticas e dos Usuários Móveis. Nas aplicações

comerciais as redes são utilizadas principalmente para compartilhar recursos,

como impressoras, arquivos e conexão com a internet.

Para Tanembaum (2003, p. 6):

[...] Por que as pessoas compram computadores para usar em casa? No

início, para processamento de textos e jogos; porém, nos últimos anos,

esse quadro mudou substancialmente. Talvez agora a maior motivação

seja o acesso à Internet. Alguns dos usos mais populares da Internet

PadronizaçãoEntende-se como a capacidade de os componentes de hardware e software de rede de diferentes marcas interagirem entre si, garantindo interoperabilidade. A padronização quase sempre indica que o usuário da tecnologia poderá adquiri-la a um custo mais baixo.PortabilidadePressupõe que você ou a empresa possam substituir seus componentes de rede, coexistindo os novos equipamentos (hardware ou software) com as tecnologias mais antigas.

e-Tec BrasilAula 1 - Redes de computadores 15

para usuários domésticos são:

Acesso a informações remotas.

Comunicação entre pessoas.

Entretenimento interativo.

Comércio eletrônico.

Por fim, os usuários móveis, que utilizam seus celulares e notebooks para

comunicação com fins domésticos ou comerciais.

1.1 HistóricoOs modelos atuais de comunicação de massa (como celulares e internet) surgiram da necessidade de compartilhamento rápido e constante da

informação. Segundo explica Pinheiro (2003), no início as redes eram

pequenas, possuindo poucos computadores, sendo estas comercialmente

usadas em 1964, nos EUA, pelas companhias aéreas. As soluções de

tecnologia de comunicação destas redes normalmente pertenciam a um

único fabricante, através de suas patentes.

Como fato histórico, Pinheiro (2003) ainda cita que na década de 1970 houve

um movimento para padronizar as redes, através de fabricantes diferentes,

dando direção a construção de protocolos abertos que poderiam servir a

várias soluções, e já na década de 1980, as empresas DEC, Intel e Xerox se

uniram para criar o que conhecemos hoje como o padrão Ethernet. Veja na

Figura 1.1 a primeira estação de trabalho da Xerox Alto e também a primeira

a ser ligada em rede.

Fundamentos do Desenvolvimento Webe-Tec Brasil 16

Figura 1.1: Xerox Alto (1973)

Fonte: Morimoto, 2008

1.2 Definição de redes de computadoresA fusão dos computadores e das comunicações e telecomunicações

influenciaram diretamente na forma como os computadores são atualmente

organizados. O modelo de um único computador realizando todas as

tarefas requeridas não existe mais e está sendo substituído pelas Redes de

Computadores, nas quais os trabalhos são realizados por vários computadores

separados, interconectados por alguma via de comunicação.

Pinheiro (2003, p. 2) assim descreve o objetivo de uma rede:

Independente do tamanho e do grau de complexidade, o objetivo

básico de uma rede é garantir que todos os recursos disponíveis sejam

compartilhados rapidamente, com segurança e de forma confiável.

Para tanto, uma rede de computadores deve possuir regras básicas e

mecanismos capazes de garantir o transporte seguro das informações

entre os elementos constituintes.

As redes Ethernet ou redes de arquitetura Ethernet são predominantes no mercado atual. O sucesso se deu devido à padronização dos componentes que nelas são utilizados, garantindo altas taxas de transmissão e baixo custo.


Uma rede de computadores vai muito além de uma simples conexão de

cabos e placas de rede. Há necessidade de uma série de protocolos para

regular a comunicação entre todos os níveis, desde o programa que está

sendo utilizado até o tipo de cabo instalado.

a) As redes surgiram para que os computadores trocassem informações entre

si. Liste alguns benefícios diretos que os usuários tiveram com esta tecnologia.

b) No uso comercial, informe quais as vantagens que as empresas tiram do

uso de redes em seus ambientes de trabalho.

1.3 Classificação das redesAs redes de computadores são classificadas de acordo com a dimensão

geográfica que ocupam e todas elas são concebidas de forma que possam

se comunicar com outras redes. Assim, as redes podem ser classificadas em:

• LAN (Local Area Network – Rede de Área Local),

• MAN (Metropolitan Area Network – Rede de Área Metropolitana) e

• WAN (Wide Area Network – Rede de Área Extensa).

Com o advento das novas tecnologias de redes wireless (sem fio), novas

classificações foram adotadas:

• WPAN (Wireless Personal Area Network – Rede sem Fio de Área Pessoal),

• WLAN (Wireless Local Area Network – Rede sem Fio de Área Local),

• WMAN (Wireless Metropolitan Area Network – Rede sem Fio de Área

Metropolitana) e

• WWAN (Wireless Wide Area Network – Rede sem Fio de Área Extensa).

Elas possuem características, como: distâncias médias (áreas que atingem),

taxas de transferência, taxas de erro, atrasos (delay), protocolos e

equipamentos utilizados. Vejamos cada uma delas:

a) LAN - rede local. Este tipo de rede alcança distância de algumas centenas

de metros, abrangendo instalações em escritórios, residências, prédios

ProtocoloSão regras de padronização de

procedimentos de modo que haja uma comunicação eficaz entre emissor e receptor. Por

exemplo, ao conversar com uma pessoa usando a língua inglesa, é necessário que a outra pessoa

compreenda a mesma língua. Assim, você estabelece que seu

protocolo de comunicação verbal seja a língua inglesa. Todos os computadores se comunicam

entre si através de protocolos.


comerciais e industriais. Sua principal característica são as altas taxas de

transmissão, que atualmente chegam a 10 Gbps (porém, devido ao custo,

ainda prevalecem as redes com taxas de transmissão de 100 Mbps a 1 Gpbs).

A Figura 1.2 mostra uma rede LAN com interligação a uma rede wireless para

os portáteis (notebooks). A rede tem dois servidores. O seu roteador (router) interliga a rede LAN propriamente dita (representada pelo microcomputador

e multifuncional – impressora, scanner e fax) com a internet e com o ponto

de acesso (que permite o acesso sem fio).

A Figura 1.2 exemplifica também uma rede WLAN, já que o acesso sem fio

pode ser caracterizado como uma rede WLAN. Neste tipo de rede (WLAN), as

taxas de transmissão e as distâncias são menores e as taxas de erro, maiores.

Figura 1.2: exemplo de uma rede local

ServidorAntivírus Internet

Roteador

Ponto deAcesso

Servidor

Fonte: Elaborada pelo autor

No caso de redes domésticas, os exemplos mais típicos são as redes ADSL,

que normalmente possuem denominações comerciais como VELOX e SPEED.

b) MAN - rede metropolitana. Abrange uma região com dimensões bem

maiores do que as redes LAN, normalmente um campus de uma universidade,

a instalação de uma fábrica e seus escritórios, ou até uma cidade inteira.

Suas taxas de transmissão são inferiores e apresentam taxas de erros mais

elevadas quando comparadas às redes LAN.


Na Figura 1.3 podemos observar a interligação de vários subsistemas locais

por meio de uma rede MAN. TV a cabo, redes locais (LAN) e sistemas

públicos de telefonia são todos ligados por um enlace que pertence a uma

rede metropolitana.

A oferta de redes MAN é justificada pela necessidade que as empresas têm

de se comunicar com localidades distantes. São as operadoras de telefonia

que normalmente oferecem infraestrutura para este tipo de rede, cujo

exemplo pode ser a comunicação entre matriz e filiais.

Algumas cidades do interior do Brasil apresentam este tipo de ligação. Você

também deve ter visto na TV que a praia de Copacabana oferece acesso para

conexão wireless à internet. Esses exemplos tanto podem apresentar redes

com ligação via cabo de fibra óptica combinada com vários pontos de acesso

wireless (que é o que ocorre também em várias redes LAN – aeroportos, por

exemplo), quanto acesso WiMAX. A Figura 1.3 apresenta um exemplo de

uma rede metropolitana.

Figura 1.3: exemplo de rede metropolitana

CentralTelefônica

Tv a Cabo

Rede Local

Rede Local

PBX

TelefoniaPública Estação

de TV

1112

REDE METROPOLITANA


Outra tecnologia emergente e atual para este tipo de rede no momento em que

este autor escreve este texto são as redes denominadas WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access - Interoperabilidade Extensa/Mundial


para Acesso por Microondas). Neste caso, a terminologia muda para WMAN,

indicando que existe uma conexão sem fio na última milha.

c) WAN - é o conceito de rede extensa. Este tipo de rede tem dimensões

geográficas imensuráveis. Isto quer dizer que ela pode interligar todos os

continentes, países e regiões extensas utilizando enlaces mais extensos, como

satélites ou cabos (submarinos ou terrestres). Tem baixas taxas de transmissão

e altas taxas de erros. É normalmente utilizada para interligar redes MAN ou

WMAN. O principal exemplo desta rede é a internet, que interliga computadores

do mundo inteiro. O conceito de WWAN surgiu devido à necessidade de

interligar redes com enlaces sem fio a grandes distâncias. As redes de celulares

podem ser consideradas exemplos de WWAN.

d) WPAN - um novo conceito em redes sem fio são as WPAN. Como indica

o P da sigla, essas são as redes pessoais. A tecnologia de comunicação das

pessoas com os equipamentos evoluiu de modo a exigir uma padronização

e a criação de uma nova tecnologia. Essa padronização possibilita ao usuário

adquirir dispositivos de marcas diferentes e que se comunicam entre si. A

tecnologia mais comum para WPAN é o Bluetooth, muito utilizada para

troca de arquivos entre dispositivos móveis, como celulares e notebooks. Outro exemplo é o IR (InfraRed – Infravermelho), que também pode ser

considerado uma WPAN.

A Figura 1.4 apresenta de forma gráfica as dimensões geográficas

abrangidas pela classificação adotada. As elipses estão uma dentro da

outra, pois, normalmente, uma rede MAN abrange várias LAN, assim como

uma WAN pode abranger várias MAN. Apesar de não aparecer escrito no

diagrama, estão subentendidas as tecnologias de rede sem fio de cada

classificação, WLAN, WMAN e WWAN. Onde você colocaria as WPAN? Figura 1.4: Integração entre redes WAN, MAN e LAN

WAN MAN LAN

Fonte: Elabora pelo autor

Última milhaÉ uma denominação genérica que quer dizer o último enlace de conexão entre quem está ofertando o serviço de telecomunicação e quem o está utilizando. Um exemplo típico é a conexão do seu computador com o provedor de internet ou a conexão do seu telefone com a subestação central de telefone. Este enlace pode ser via cabo ou wireless.


A Tabela 1.1 destaca as características de cada tipo dentro da classificação

adotada.

Tabela 1.1: Classificação das redes ordenadas por característicasClassificação Taxa de transmissão Taxa de erros Distâncias

WAN Na ordem de 622 Mbps Alta Milhares de quilômetros

MAN Na ordem de 2,5 Gbps Média Centenas de quilômetros

LAN Na ordem de 10 Gbps Baixa Centenas de metros

WPAN Na ordem de 1 Mbps Baixa Dezenas de metros Fonte: Elaborada pelo autor

Na Tabela 1.1, as taxas de transmissão são medidas em unidades como Mbps

(1 Mbps = 1.000.000 de bits por segundo) e Gbps (1 Gbps = 1.000.000.000

de bits por segundo, ou 1.000 Mbps).

Não existe um número preciso que quantifique a taxa de transmissão

de uma rede nem suas dimensões, principalmente as MANs e WANs.

São apenas valores aproximados. Além disso, a todo instante surge uma

tecnologia nova tomando o lugar de outra obsoleta, melhorando as taxas e

aumentando as distâncias.

a) Defina com suas próprias palavras o conceito de “última milha”.

b) Você tem, ou conhece, alguém que tenha um celular ou câmera fotográfica

que se conecte com computador ou TV, via cabo ou wireless? Discuta com

um colega a tecnologia envolvida nisto. Use necessariamente as palavras

protocolo e padronização.

c) No Fórum, inicie uma discussão e pesquise na internet as cidades que

oferecem acesso gratuito wireless aos seus habitantes. Procure indicar que

tipos de rede elas são.

1.4.Topologias de redeQuando falamos das classificações de redes, destacamos principalmente

sua extensão geográfica, não levando em conta a forma como elas se

interconectam.


Os equipamentos ligados em rede, para trocar informações entre si,

necessitam que algum meio físico os conecte, um cabo de algum material

ou o próprio ar, no caso de redes sem fio. Daí surge o conceito de topologia

de rede, cuja classificação abrange, basicamente: barramento, estrela e anel.

a) Topologia em barramento - nesta topologia existe um cabo coaxial

atravessando toda a extensão da rede e interligando todos os computadores

(ver exemplo na Figura 1.6). Foi largamente utilizada nas redes LAN.

Permitia atingir taxas de 10 Mbps. Os modelos de rede LAN que temos hoje

evoluíram a partir dessa tecnologia, na qual predomina uma arquitetura de

rede chamada Ethernet. Essa topologia caiu em desuso e o motivo para que

isso tenha ocorrido veremos no decorrer do curso.

Figura 1.5: Topologia física em barramento


O exemplo da Figura 1.5 é bastante simples, servindo apenas para demonstrar

o conceito. Entretanto, podemos observar todas as estações interconectadas

por um barramento. Tecnicamente falando, existe uma série de conectores

específicos para interligar cada computador ao barramento.

Do ponto de vista do desempenho, as redes com essa topologia eram muito

instáveis, pois qualquer defeito em algum conector ou em alguma parte do

cabo fazia com que toda a rede parasse.

b) Topologia em estrela - é a evolução do barramento e a mais utilizada

atualmente para as redes locais. O nome estrela se deve ao fato de existir

um concentrador na rede (ver Figura 1.6), onde se conectam todos os cabos

provenientes dos “nós” da rede. Esses equipamentos concentradores são

atualmente denominados hubs e switches. O cabeamento também evoluiu,

passando do coaxial ao par trançado. Quase todas as redes locais instaladas

atualmente utilizam esta topologia devido às facilidades e taxas de transmissão

NóÉ um termo que designa qualquer equipamento que esteja ligado diretamente a uma rede, seja ela LAN, MAN ou WAN. Um computador ou uma impressora podem ser um “nó” de uma rede LAN; um celular pode ser um “nó” de uma rede WAN.


que ela oferece. Atualmente, com o cabeamento par trançado, esta topologia

pode atingir taxas de até 10 Gbps, entretanto, para projetos de redes maiores,

é desejável o uso de fibras ópticas devido a sua confiabilidade.

Figura 1.6: Topologia física em estrela


Observe, na Figura 1.6, que há no centro um aparelho concentrador (hub ou

switch) que interconecta todos os cabos que vêm dos computadores (nós).

Ainda há uma saída de um cabo cujo destino ou origem não está definido na

figura; ele pode estar ligado a algum outro tipo de concentrador, como, por

exemplo, um roteador que oferece conexão com a internet ou outro switch,

criando outra rede com mais computadores interligados.

c) Topologia em anel - esse modelo apresenta a ligação de vários nós da rede

em círculo, formando, como o próprio nome diz, um anel (ver Figura 1.7).

Essas redes possuíam caminhos duplos para a comunicação entre as estações.

Isso era um tanto complicado, tendo em vista que as instalações requeriam


várias conexões físicas que poderiam facilmente apresentar problema. Da

mesma forma que a topologia em barramento deu lugar à estrela, a topologia

em anel também cedeu seu lugar a novas tendências topológicas.

Figura 1.7: Topologia física em anel


Esta rede possui uma característica interessante, que é a recuperação de

falhas, pois a comunicação entre os nós da rede pode ser feita no sentido

horário ou anti-horário. Isso se deve a uma configuração automática

realizada na instalação. Essas redes se tornaram, entretanto, inviáveis devido

à dificuldade de inserção de novos nós na rede, à quantidade de falhas e

ao seu custo. Atualmente, as topologias estão fundidas, formando o que

chamamos de topologias mistas, com grande predominância da estrela.

Observe como exemplo a Figura 1.8.


Figura 1.8: Topologia mista


Na Figura 1.8 há uma mistura de topologia anel (ligação central) com

estrela (nas extremidades). Como há uma ligação dupla entre os dois

concentradores, a tendência é utilizar apenas uma via para transmissão entre

as redes, deixando a outra como reserva. Isso é possível graças à evolução dos

equipamentos, que permitem que as redes funcionem mesmo em condições

de falhas, tornando mais eficiente a organização, que não precisa parar

para que seja feita a manutenção. Tais equipamentos são utilizados mais

por empresas do que por usuários domésticos, pois os custos de aquisição e

manutenção destes aparelhos são mais elevados.

ResumoNesta aula foram apresentados os conceitos iniciais sobre redes de

computadores. Os aspectos chaves destes conceitos estão relacionados

à classificação das redes e suas topologias. As redes tipicamente são

classificadas de acordo com sua dimensão geográfica, como WANs e LANs.

As topologias das redes estão fundamentadas nas tecnologias LANs, como

anel, estrela e barramento, com grande predominância da topologia estrela.

1) Vamos supor que você vai usar uma rede sem fio, pois o seu vizinho

lhe ofereceu uma forma de compartilhar a internet. Mas você depara com

um problema: seu computador não tem placa de rede sem fio. Então você

vai a uma loja especializada para adquirir tal equipamento. O vendedor

diz que você pode levar qualquer marca que vai funcionar perfeitamente.

Pergunto: até que ponto a fala do vendedor é verdadeira ou falsa? Critique

tecnicamente.

2) A classificação das redes está ligada à sua área coberta e ao modo de

comunicação entre seus componentes. Observando isso, crie um diagrama

(figura) exemplificando e contendo todas as classificações de redes, de forma


que elas estejam conectadas entre si. Use exemplos práticos do seu dia a dia.

3) A topologia em barramento está em desuso atualmente. Explique quais

fatores determinaram tal extinção.

4) Na topologia em barramento, quando um nó da rede está danificado,

toda a rede para de funcionar. Se a mesma situação acontece numa rede em

estrela, qual será o estado de funcionamento desta rede?

5) A topologia em anel também caiu em desuso na sua forma original de

funcionar. Como funciona esta topologia atualmente? A que se deve isso?

6) Um servidor de páginas da internet (do Google, por exemplo) pode ser

considerado um nó de rede? Por quê?


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